三视角单幅全息图多光束合成记录系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种全息图记录系统，特别是涉及一种三视角单幅全息图多光束合成 记录系统。
【背景技术】
[0002] 数字全息层析技术是数字全息技术与三维重建算法的融合，即利用数字全息技术 获得被测物体的相位信息，将其作为三维重建算法的分层数据实现三维层析重建，可获得 物体内部断层折射率信息和三维结构信息。该技术兼具了数字全息非侵入、系统稳定等显 著特点，在非均匀透明物质，如活体细胞、透明生物组织等三维微结构或折射率检测中有广 泛的应用潜能。
[0003] 数字全息层析技术需要采集被测物体一周的相位信息，但因为是针对透明物体， 所以实际只需要采集180°范围内的信息。采集方法主要有两种：1、旋转照射光束扫描被测 物体;2、旋转被测物体。这两种方法均需要采集多幅全息图，所以不能做到实时采集。
[0004] 目前三视角单幅全息图多光束合成记录系统的装置未见文献报道。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种三视角单幅全息图多光束合成记录系统， 其具有结构合理紧凑、操作简单的特点。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三视角单幅全息图多光束合成记录系 统，包括： 激光器，发出激光光源； 光纤耦合器，接收激光器发出的激光光源并产生四束等强度的光束； 光纤准直器，接收光纤耦合器发出的光束并将其转变成平行光； 第一反射镜，用于将第一光纤准直器发出的光束照射物体透射后的携带物体信息的第 一物光反射到第一分光棱镜上； 第二反射镜，用于将第三光纤准直器发出的光束照射物体透射后的携带物体信息的第 三物光反射到第二分光棱镜上； 第一分光棱镜，第一物光经第一反射镜反射后，垂直入射到第一分光棱镜，第二光纤准 直器的发出垂直向上照射物体的光束，透射后的光束为第二物光，第一物光和第二物光经 过第一分光棱镜反射面的发射后形成的光束继续竖直向上传播，分别透射过第二分光棱镜 和第三分光棱镜； 第二分光棱镜，第三物光经第二反射镜反射后，垂直入射到第二分光棱镜，经过第二分 光棱镜反射面的反射后继续竖直向上传播； 第三分光棱镜，接收垂直入射到第三分光棱镜上的由第四光纤准直器发出的没经过任 何物体的平行光作为参考光，经第三分光棱镜的反射面反射，继续竖直向上传播。
[0007] 光纤准直器夹具，用于固定光纤准直器； 载物平台，用于水平放置生物活体细胞； 显微镜，用于放大在第三分光棱镜上共线合成的三束干涉光束的像； 带CCD摄像机的图像接收系统，接收显微镜上放大的像，及被放大的单幅层析全息图， 并传输至计算机； 计算机，对带CCD摄像机的图像接收系统采集到的数据进行处理。
[0008] 优选地，所述带CCD摄像机的图像接收系统对全息图的记录可以分为分时记录和 实时记录两种情况。
[0009] 优选地，所述光纤准直器夹具的夹具基座采用缺口结构，在基座上用铣刀铣出一 个凹槽，凹槽的边和光纤准直器夹具的底边平行，在底部采用U形槽固定，实现对竖直方向 的光束位置微调;并配备螺纹孔实现准直器的均匀受力及固定。
[0010]优选地，所述载物台设计为镂空模式，且镂空孔径大小需严格计算，其大小尺寸须 满足： 一、 光纤准直光源的光斑大小为8_; 二、 被测物体独立或通过盖玻片放置在载物平台的镂空处，相隔60°的三视角光纤准直 光源在被测物体中心处相交并均完整照射被测物体； 三、 为了保证加工的载物台的平面度，选择载物台的厚度为4mm，载物台中间孔径的长 度至少要为51.5mm，实际设计时，留有余量，设为55mm。
[0011] 优选地，所述计算机对采集到的单幅层析全息图中包含的三视角物光波信息进行 分离，分离的方式是频域分离或时域分离。
[0012] 优选地，所述载物平台和所述光纤准直器放置的平板都固定在二维精细调节平台 上。
[0013] 优选地，所述光纤准直器发出的三束物光在同一竖直平面，并且相互之间的夹角 为60°在放置样本的载物平台处相交。
[0014] 本发明的积极进步效果在于：记录装置结构简单，操作简便，便于被测样本的放 置，可实现透明样品的单幅层析全息图的实时记录，尤其适合非制备的活体生物细胞的实 时采集。本发明采用光纤耦合器代替传统的分光镜分光，利用光纤准直器代替传统的傅里 叶透镜准直光路，最终获得四束等强度的平面光波。其中三束平面光波以相隔60°的角度穿 过物体，经过反射镜和分光镜，最后和一束没经过任何物体的参考光波在CCD平面上干涉， 整个过程中要严格保证每一束光都是垂直入射到第二分光棱镜上，以保证四束光波都能完 全入射CCD，形成三视角单幅层析离轴全息图，经CCD采集后传入到计算机进行处理。对全息 图的记录可以分为分时记录和实时记录两种情况：（1)分时记录是指在三视角单幅全息图 多光束合成记录系统中，保留0°或60°或120°视角物光，同时遮挡住另外两个视角物光，依 次记录三幅全息图；（2)实时记录是指三视角物光同时经多个分光棱镜合成入射CCD，与参 考光干涉得到单幅全息图。本发明利用光纤耦合器和光纤准直头发出的等强度平面光波， 分光棱镜合光作用以及反射镜的调整光路作用实现三视角物光波共线合成的实时记录，形 成单幅层析全息图。整个记录装置结构简单紧凑，成本低，不需要旋转被测物体，可以实现 实时动态记录，尤其适合非制备的生物活体细胞样本检测。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明三视角单幅全息图多光束合成记录系统的原理示意图； 图2是本发明三视角单幅全息图多光束合成记录系统的系统装置结构示意图； 图3是本发明光纤准直器夹具整体装配图； 图4是本发明载物平台设计示意图； 图5是本发明载物平台三维结构示意图。
【具体实施方式】
[0016] 下面将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用 技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。
[0017] 如图1和图2所示，该实施例主要包括激光器、光纤耦合器、四个光纤准直器、三个 分光棱镜、两个反射镜、光纤准直器夹具、载物平台、带CCD(Charge_coupled Device，中文 全称:电荷耦合元件)摄像机的图像接收系统、显微镜、计算机，其中： 激光器，发出激光光源； 光纤耦合器，接收激光器发出的激光光源并产生四束等强度的光束； 光纤准直器，接收光纤耦合器发出的光束并将其转变成平行光； 第一反射镜，用于将第一光纤准直器发出的光束照射物体透射后的携带物体信息的第 一物光反射到第一分光棱镜上； 第二反射镜，用于将第三光纤准直器发出的光束照射物体透射后的携带物体信息的第 三物光反射到第二分光棱镜上； 第一分光棱镜，第一物光经第一反射镜反射后，垂直入射到第一分光棱镜，第二光纤准 直器的发出垂直向上照射物体的光束，透射后的光束为第二物光，第一物光和第二物光经 过第一分光棱镜反射面的发射后形成的光束继续竖直向上传播，分别透射过第二分光棱镜 和第三分光棱镜； 第二分光棱镜，第三物光经第二反射镜反射后，垂直入射到第二分光棱镜，经过第二分 光棱镜反射面的反射后继续竖直向上传播； 第三分光棱镜，接收垂直入射到第三分光棱镜上的由第四光纤准直器发出的没经过任 何物体的平行光作为参考光，经第三分光棱镜的反射面反射，继续竖直向上传播。
[0018] 光纤准直器夹具，用于固定光纤准直器； 载物平台，用于水平放置生物活体细胞； 显微镜，用于放大在第三分光棱镜上共线合成的三束干涉光束的像； 带CCD摄像机的图像接收系统，接收显微镜上放大的像，及被放大的单幅层析全息图， 并传输至计算机； 计算机，对带CCD摄像机的图像接收系统采集到的数据进行处理。
[0019] 激光器1发出的激光光源经光纤耦合器2形成四束等强度的光束，然后分别被光纤 准直器(Fiber Collimator)准直，得到四束平行光。第一光纤准直器FC1发出的第一光束41 照射物体透射后的光束为第一物光Ch，携带物体信息经第一反射镜Ml反射，垂直入射到第 一分光棱镜BS1，经过第一分光棱镜BS1反射面的反射后形成第一光束41继续竖直向上传 播，分别透射过第二分光棱镜BS2、第三分光棱镜BS3。第二光纤准直器FC2发出的第二光束 42垂直向上照射物体，透射后的光束为第二物光0 2,携带物体信息继续竖直向上传播，分别 透射过第一分光棱镜BS1、第二分光棱镜BS2、第三分光棱镜BS3。第三光纤准直器FC3发出的 第三光束43照射物体透射后的第四光束44为第三物光03,携带物体信息经第二反射镜M2反 射，垂直入射到第二分光棱镜BS2,经过第二分光棱镜BS2反射面的反射后形成第五光束45 继续竖直向上传播，透射过第三分光棱镜BS3。第四光纤准直器FC4发出的光束为没经过任 何物体的平行光作为参考光R直接垂直入射到第二分光棱镜BS3的反射面反射，继续竖直向 上传播。三束携带物体信息的第一物光Οι、第二物光〇2、第三物光〇3和参考光R在分光棱镜 BS3的反射面上共线合成，实现了多光束合成的作用，在显微物镜3的有效成像距离共线合 光形成三束干涉光束46,最后经过显微物镜3成放大的像，即被放大的单幅层析全息图，由 CCD4接收。CCD4将采集的数据传输至计算机5进行数据处理。
[0020]所述带CCD摄像机的图像接收系统对全息图的记录可以分为分时记录和实时记录 两种情况:一、分时记录是指在三视角单幅全息图多光束合成记录系统中，保留〇°或60°或 120°视角物光，同时遮挡住另外两个视角物光，依次记录三幅全息图；二、实时记录是指三 视角物光同时经多个分光棱镜合成入射CCD，与参考光干涉得到单幅全息图。
[0021]由于照射被测物体的三束平行光须在同一平面，且三束光彼此相隔严格的60°，在 指定的相交点入射到物体上，因此本发明设计了光纤准直器夹具，夹具基座采用缺口结构， 并配备螺纹孔实现准直器的均匀受力及固定。
[0022]本发明为检测样本的方便放置及有效照射，设计了光纤准直光源夹具及载物平 台。
[0023] (1)光纤准直器夹具 由基于光纤准直光源及多个分光棱镜的三视角单幅全息图多光束合成记录系统的原 理示意图（见附图1)可知，照射被测物体的三束平行光须在同一平面，且